可自愈合的抗菌涂層更好地抵御細(xì)菌侵襲

體內(nèi)植入物在使用過程中容易成為各種微生物粘附、繁殖的溫床，從而造成病菌感染。病菌感染是造成體內(nèi)植入手術(shù)失敗的重要原因之一，輕則必須取出植入物，重則造成死亡。僅以導(dǎo)尿管舉例，美國每年因?qū)蚬芤鸬哪虻栏腥揪驮斐沙^4億美元的損失。因此，改善植入物的表面性質(zhì)，減少細(xì)菌在植入物表面的粘附尤其重要。在植入物表面制備抗菌涂層是比較行之有效的一種方法，目前常見的抗菌涂層往往存在負(fù)載的藥物釋放行為難以控制、涂層易損傷等問題，限制了抗菌涂層的有效應(yīng)用。利用抗菌高分子制備具有表面抗菌活性、且具有自愈合效果的抗菌涂層能夠更好地阻止細(xì)菌對植入物表面的粘附和污染。

西北工業(yè)大學(xué)黃維院士團隊李鵬教授課題組長期關(guān)注于抗菌高分子材料的設(shè)計、合成以及生物材料表面抗菌涂層的構(gòu)建。近來，該課題組與西北農(nóng)林大學(xué)王林副教授合作，通過在聚乙烯亞胺 （PEI）上修飾疏水的烷基側(cè)鏈，得到了癸基-聚乙烯亞胺（DPEI），能夠有效提高PEI對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等典型條件致病菌的抗菌活性。并且DPEI在水溶液中能夠自組裝形成膠束，利用DPEI膠束和聚丙烯酸（PAA），通過層層自組裝（LbL）的方法制備了在損傷后可在短時間內(nèi)自愈合的抗菌涂層，如圖1所示。

圖1. 利用DPEI制備可自愈合抗菌涂層的過程示意圖

經(jīng)過實驗表明，該涂層短期內(nèi)能夠有效阻止90%以上細(xì)菌的粘附；通過進一步的長期抗生物被膜測試，發(fā)現(xiàn)該涂層能夠有效阻止生物被膜的形成，與硅橡膠對照組相比，菌落總數(shù)可減少99%以上（2.68個對數(shù)， 圖2）。

圖2. DPEI/PAA 涂層的抗生物被膜效果，對照組（a, b），DPEI/PAA涂層（c, d）。

抗菌涂層在運輸、保存、使用過程中容易受到外力損傷，暴露出基材表面，細(xì)菌容易在裸露的基材表面粘附、增殖，削弱涂層的抗菌效果。因此制備可自愈合的涂層對提高抗菌涂層的穩(wěn)定性、延長涂層的使用時間具有重要的意義?；诜肿娱g可逆的相互作用力與分子的流動性，本文中制備的DPEI/PAA涂層能夠在濕潤的情況下，快速實現(xiàn)自愈合，結(jié)果如圖3所示。（DPEI/PAA）*59.5涂層可以在30 min內(nèi)完全實現(xiàn)自愈合，并能實現(xiàn)多次重復(fù)損傷后的自愈合。

圖3. DPEI/PAA涂層的自愈合效果：（a）（DPEI/PAA）*29.5，（b）（DPEI/PAA）*59.5，（c）（DPEI/PAA）*59.5的五次重復(fù)損傷與自愈合。

更重要的是，該涂層能夠通過自愈合有效減少細(xì)菌對劃痕損傷區(qū)域的粘附和污染，確保涂層的抗菌效果，如圖4所示。

圖4. 自愈合對抗菌涂層性能的影響：（a, b）不可自愈合的涂層在受損傷的區(qū)域沾染了大量病菌；（c, d）可自愈合的DPEI/PAA涂層在受到損傷后可快速愈合，避免了病菌對損傷區(qū)域的污染。

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